Регенерация робота

Живые существа способны залечивать раны, а иногда и восстанавливать функции приживленных частей своих тел. Недавно вопрос о регенерации встал и перед стремительно развивающейся робототехникой. К примеру, миниатюрных плавающих роботов обычно изготавливают из хрупких полимеров или мягких гидрогелей; они легко трескаются и разрываются. Первые шаги к решению проблемы сделала команда из девяти исследователей Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством профессора факультета наноинженерии Джозефа Вэнга.

Команда специализируется на роботах в два сантиметра длиной, которые автономно передвигаются в жидкости. По форме они напоминают рыбок и состоят из плоских слоев различных материалов: на проводящую подложку наносят гидрофобный слой, а сверху — продольные полосы из множества магнитных наночастиц. Робот двигается в среде с небольшим содержанием перекиси водорода, так как на «хвост» нанесена платина: она катализирует распад перекиси с выделением кислорода. Пузырьки газа и толкают робота вперед. В чашке Петри такая рыбка нарезает круги по периметру.

Физическая идея, лежащая в основе регенерации тела этих роботов, довольно проста. Если магнит разделить на две части, то образуются два новых, которые у поверхности разреза будут иметь противоположные полюса, а значит, станут притягиваться к друг другу. Чтобы проверить, как хрупкий робот, использующий этот принцип, сможет восстановиться после разрушения, ученые бритвой разрезали рыбку на две, на три части, использовали разные рисунки магнитных полос. Во всех случаях происходила полная регенерация — рыбка восстанавливала свое тело.

Эти результаты позволяют надеяться на создание маленьких, простых самовосстанавливающихся пловцов. С некоторой модификацией их, например можно будет использовать для очистки загрязненных жидкостей: поскольку рыбки — это плоские многослойные структуры, ничто не мешает напылять на их поверхность сорбенты, которые станут впитывать загрязнения, и водоплавающие унесут их куда прикажут. Более миниатюрные конструкции будут доставлять лекарства по кровеносным сосудам пациента и даже делать микрохирургические операции. Предполагается, что плавающие роботы станут работать в очень агрессивных средах, поэтому самостоятельная регенерации для них насущно необходима.

Nano Letters 2021, 21, 5, 2240, полный текст